Машини для земляних робіт

54

Вступ

Супіщані ґрунти містять в невеликій кількості глинистих частинки, що додає зв'язність цим ґрунтам. Значний зміст піщаних частинок створює жорсткість скелета, тому супіщані ґрунти при підвищенні вогкості більше, ніж глинисті, зберігають стійкість.

Землерийні і ґрунтоущільнюючі машини під час роботи взаємодіють з ґрунтом. Робочий орган землерийної машини розробляє ґрунт і прибирає його із забою. Ґрунтоущільнююча машина, діючи на ґрунт, змінює його густину. Гусениці або ходові колеса машин і ґрунт постійно взаємодіють. Таким чином, властивості ґрунтів представляють істотний інтерес при розгляді питань їх розробки і ущільнення, а також для вивчення руху машин по поверхні ґрунту.

Ґрунти є складними дисперсними тілами, що полягають при постійній температурі з трьох або двох фаз: твердої, рідкої і газоподібної або твердої і рідкої. Ґрунти, що складаються з твердої і газоподібної фаз, в природних умовах зустрічаються рідко. При негативній температурі до складу ґрунту входять не тільки мінеральні зерна, вода і гази, а також і лід.

Властивості кожної з фаз, кількісні співвідношення і взаємодія між ними визначають специфічну фізичну і хімічну природу ґрунтів і їх будівельні властивості.

Для оцінки фазового складу ґрунтів застосовуються характеристики, якими виражають кількісні відносини між об'ємами твердих мінеральних частинок, води і газу.

Характеристики ґрунтів багато в чому залежать від складу ґрунту, тобто від відносного вмісту в ньому частинок різної крупної, а також від густини і вогкості його.

Піщані ґрунти володіють високим коефіцієнтом внутрішнього тертя, малозв'язані, добре водопроникні, малоущільнені, мають невелику висоту капілярного підняття, непластичні, при зволоженні трохи знижують опір навантаженням. Рух машин по сипких пісках утруднений.

Піщані пилуваті ґрунти можуть характеризуватися як малозв'язні, непластичні і водопроникні. Особливістю цієї групи фрунтів є те, що вони легко розріджуються і втрачають несучу здатність при зволоженні.

Супіщані дрібні ґрунти містять велику кількість пилуватих частинок, що робить їх нестійкими в зволоженому стані. Ці ґрунти малопластичні і при зволоженні легко деформуються.

Пилуваті ґрунти при зволоженні переходять в стан пливунів і різко знижують опір навантаженням. Легко розмиваються водою, схильні до комкоутворюванню.

Суглинні ґрунти пластичні, володіють великою зв'язністю в сухому стані, але швидко втрачають її при зволоженні.

Важкі суглинні ґрунти. Властивості зв'язності, пластичності, стисливості і низької водопроникності виражені сильніше, ніж у суглинних ґрунтів.

Глини володіють великою зв'язністю, густиною і пластичністю. Практично водонепроникні.

Глини, суглинки і супіски відносяться до групи глинистих ґрунтів.

Фізичні характеристики ґрунтів

В природних умовах ґрунти можуть мати різний фізичний стан: піщані - від щільного до вельми рихлого, глинисті - від твердого до текучого.

Для оцінки ґрунтів, як середовища для земляних робіт, необхідно знати їх властивості і стан.

Пористістю ґрунтів називається об'єм пір (зайнятих водою і повітрям), виражений у відсотках від загального об'єму ґрунту:

Коефіцієнт пористості - відношення об'єму пір (зайнятих водою і повітрям) до об'єму твердих частинок ґрунту:

Вагова вогкість - відношення ваги води до ваги сухого ґрунту:

при якій максимальна густина ґрунту може бути досягнута при якнайменшій витраті механічної роботи.

Питомою вагою ґрунту А наливається відношення ваги твердих частинок ґрунту до об'єму ними рідини.

Глини і ґрунти знаходяться в пластичному стані в межах вогкості, характеризуючи межу розкочування і межу текучості. Межею розкочування (межею пластичності) наминають вагову вогкість (у відсотках), при якій тісто, виготовляють з грунту і води і розкочуване в джгут деякою товщиною, починає кришитися.

Межею (межею) текучості називають вагову вогкість тесту, виготовленого з ґрунту і води, при якій прилад - «балансирний конус» занурюється під дією власної ваги 76 Г. за 5 сік на глибину 10 мм Кут конуса при вершині рівний 30°.

Числом пластичності називають різницю між межею текучості і межею розкочування:

Ґрунти вважаються сухими, якщо водою заповнено не більше 1/3 об'єму пір; вологими - при заповненні від до 2/3 об'єму пір і мокрими - при більшому заповненні пір водою.

Об'ємна вага - відношення ваги ґрунту при природній вогкості до його об'єму V:

Об'ємна вага ґрунтів звичайно коливається в межах 1,5 - 2,0 Т/м3 залежно від мінералогічного складу, пористості і вогкості. Об'ємна вага робить істотний вплив на витрату енергії при підйомі і транспортуванні грунту.

Об'ємна вага скелета грунту

Об'ємною вагою скелета звичайно користуються при визначенні ступеня ущільнення грунту.

Найбільша густина грунту, одержана методом стандартного ущільнення, називається максимальною стандартною густиною, а відповідна їй вогкість - оптимальною вогкістю.

Консистенція зв'язних ґрунтів залежно від змісту води може мінятися в значних межах - від текучої до твердої.

Кількісний вираз консистенції глинистих ґрунтів визначається показником консистенції

Значення показника В для різних консистенцій глинистих грунтів приводяться нижче:

Тверда консистенція Менше 0

Напівтверда 0-0,25

Тугопластична 0,25-0,50

М'яко-пластична 0,5-0,75

Текучопластична 0,75-1,00

Текуча Більше 1,00

За рубежем консистенція глинистих грунтів останнім часом визначається по межі міцності циліндрового зразка Р (кГ/см2) при стисненні його уздовж осі до роздавлювання згідно наступним межам:

Дуже м'яка Менше 0,25

Жорстка 1-2

М'яка 0,25-0,50

Дуже жорстка 2-4

Средньожжорстка 0,5-1,0

Надзвичайно жорстка Більше 4

Клейкість - здатність грунту прилипати до різних предметів - властива більшості пластичних ґрунтів при достатній вогкості і малому змісті піску, тобто для супіску, суглинком і глин.

Фізико-механічні властивості ґрунтів

Розпушуванням називають здатність грунту збільшуватися в об'ємі при розробці. При розпушуванні зменшується об'ємна вага грунту. Коефіцієнт розпушування характеризує відношення об'єму розпушеного грунту до об'єму, який він займав в природному заляганні. З часом розпушений ґрунт ущільнюється, але зберігає деяку залишкову розпушеність.

Середні значення коефіцієнта розпушування коливаються в межах 1,08-1,32, а коефіцієнт залишкового розпушування - в межах 1,01-1,09. Великі значення відносяться до важких ґрунтів. Коефіцієнти розпушування мерзлого грунту приблизно відповідають коефіцієнтам розпушування висаджених скельних порід і коливаються в межах 1,5-1,6. Чим більше при руйнуванні грунту розміри окремих його шматків, тим менше коефіцієнт. Тому величина його зменшується із збільшенням робочого органу машини і залежить від типу органу, що розробляє ґрунт.

Опір грунту зсуву. В розрахунках землерийних машин і їх робочих органів використовують коефіцієнт внутрішнього тертя грунту і коефіцієнт зчеплення грунту, обумовлюючі опірність ґрунтів зсуву.

Зв'язність грунту залежить головним чином від його гранулометричного складу, вогкості і густини. В пісках, навіть вологих, зв'язність виявляється в незначному ступені, і тому ґрунти відносять до незв'язних. Супіску можна віднести до малозв'язних ґрунтів. Зв'язність особливо стає помітною у суглинком і глин, тому останні відносять до ґрунтів зв'язних.

В основу опору ґрунтів зсуву встановлений закон Кулона про прямолінійну залежність граничного опору грунту Зсуву т від нормальних напруг:

Для ґрунтів, що не володіють зчепленням С = 0 (наприклад, сухі піски), вказана формула приймає вигляд

Внутрішнє тертя ґрунтів характеризується величиною кута внутрішнього тертя, тангенс якого рівний коефіцієнту внутрішнього тертя

Мал. 1. Залежність кута внутрішнього тертя від вогкості

Мал. 2. Залежність зчеплення від коефіцієнта водонасичення (ступені ущільнення) і вогкості:

Опірність грунту зсуву залежить від швидкості зсуву. Властивості ґрунтів більшою мірою залежать від їх складу і стану. Враховуючи це, орієнтовні значення кута внутрішнього тертя і коефіцієнта зчеплення.

Кут природного укосу. При відсипанні з деякої висоти розпушений ґрунт відкладається у вигляді конуса. Кут у підстави конуса називається кутом природного укосу.

Кут природного укосу залежить від виду грунту і його вогкості і обумовлюється кутом внутрішнього тертя і коефіцієнтом зчеплення.

Якщо розпушений ґрунт лежить на горизонтальній площині, що скоює вертикальні коливання, то кут його природного укосу буде менше ніж на площині, що знаходиться в стані спокою.

Коефіцієнт тертя сталі по ґрунтах порушеної структури, як показують досліди Ю.А. Ветрова, складає приблизно 2/1 величини коефіцієнта тертя по ґрунтах непорушеної структури.

Вогкість грунту є найістотнішим чинником, що впливає на коефіцієнт тертя. При зміні вогкості від повітряно-сухого стану до максимальної капілярної вологоємності коефіцієнт тертя об сталь може зменшитися в 2 рази і більш.

Коефіцієнт тертя грунту об сталь залежно від вогкості виражається (по Ю.А. Ветрову)

Між коефіцієнтами внутрішнього тертя і коефіцієнтом тертя грунту об сталь є зразкова залежність

Коефіцієнтом бічного розширення називається відношення відносної деформації бічного розширення до відносної деформації стиснення зразка.

Якщо стискати ґрунт в умовах неможливості бічного розширення, наприклад в судині з жорсткими стінками, стискаюча сила, ущільнюючи ґрунт, викликає тиск грунту на бічні стінки, що обмежують розширення грунту.

Збільшення стискаючого тиску викликає у відповідь збільшення бічного тиску; відношення приросту бічного тиску до приросту стискаючого тиску характеризується коефіцієнтом бічного тиску, тобто

Лабораторні випробування показали, що коефіцієнт бічного тиску можна розглядати як відносно постійну характеристику грунту.

Коефіцієнт бічного тиску пов'язаний з коефіцієнтом бічного розширення грунту.

Ця залежність виглядає таким чином:

Коефіцієнт бічного тиску збільшується із зростанням коефіцієнта тертя насипного грунту об стінки ковша.

В граничному випадку, коли коефіцієнт тертя об стінки рівний коефіцієнту внутрішнього тертя коефіцієнт бічного тиску

Р.І. Покровській, користуючись методами статистичної механіки, встановив зв'язок між коефіцієнтом бічного тиску сипкого тіла, кутом його внутрішнього тертя, величиною зчеплення і тиском випробовуваним сипким тілом. Цей зв'язок виражається формулою

Модуль деформації грунту аналогічний модулю пружності однорідних тіл (металу і ін.), проте між ними є і істотні відмінності, які полягають в наступному:

модуль деформації грунту визначається по загальній деформації (оборотної і необоротної);

модуль деформації одного і того ж грунту змінюється при коливанні вогкості і густини грунту;

оскільки деформація ґрунтів має нелінійний характер, модуль деформації може характеризувати ґрунт в малих інтервалах напруг.

Не дивлячись на вказані вище умовності, вважають, що крива Опору грунту вдавлюванню штампу при визначенні модуля деформації є основною характеристикою міцності грунту при розрахунках товщини дорожнього одягу.

Модуль деформації грунту прийнято визначати по кривій опору грунту вдавлюванню циліндрового штампу:

Опір грунту вдавлюванню визначається коефіцієнтом опору тому, що зім'яв - навантаженням на 1 см2, під дією Якого опорна поверхня занурюється на 1 см. Навантаженням, що допускається, вважається таке, яке викликає занурення не більш ніж на 6-12 см. Величина ця дещо міняється залежно від розмірів опорних частин, але ця зміна менше ступеня точності визначення вказаного коефіцієнта.

Опір грунту різанню звичайно характеризується питомим опором чистого різання (в кГ 1м2), тобто зусиллям, віднесеним до одиниці площі поперечного перетину вирізуваного пласта грунту.

Ця величина міняється у великих межах, оскільки залежить від режиму роботи, параметрів робочого органу і наступних параметрів грунту: об'ємної ваги, кутів внутрішнього і зовнішнього тертя, питомої сили зчеплення. Перераховані параметри грунту в основному визначаються його гранулометричним складом, вогкістю, густиною і температурою.

А.Н. Зеленин запропонував оцінювати приналежність грунту до тієї або іншої категорії по числу ударів ударника. Вантаж 2,5 кГ падає з висоти 400 мм і ударяється про буртик наконечника, проводячи за один удар роботу, рівну 1 кГ-м. Наконечник зроблений у вигляді циліндрового стрижня заввишки (завдовжки) 100 мм з площею поперечного перетину, рівною 1 см2.

Число ударів, необхідне для занурення наконечника в ґрунт, рівне -30 для немерзлих ґрунтів і 30 - 360 для мерзлих суглинних і глинистих ґрунтів в діапазоні температур від -1 до -15°.

Загальна характеристика робочого процесу. Класифікація машин для земляних робіт

Земляні роботи є складовою частиною будівництва більшості інженерних споруд. Вони включають: уривку котлованів, траншей і меліоративних каналів; зведення насипів, дамб; пристрій закритих проходок в ґрунті у вигляді шахт і тунелів під різні підземні споруди; буріння горизонтальних, похилих і вертикальних свердловин при безтраншейній прокладці трубопроводів під насипами залізних і шосейних доріг, для установки опор паль в щільних ґрунтах, для закладки зарядів вибухових речовин при розробці ґрунтів вибухом і т. п.

По характеру робочого процесу, складу операцій і послідовності їх виконання земляні споруди ділять на виїмки і насипи. Виїмка утворюється в результаті видалення надлишків грунту за її межі, а насип - шляхом відсипання грунту, внесеного ззовні, з його пошаровим ущільненням. Остання операція обумовлена необхідністю відновлення щільного стану грунту в насипі, який був їм втрачено при відділенні від масиву унаслідок розпушування. Видалений з виїмок ґрунт укладають у відвали, а для відсипання насипів його доставляють з кар'єрів або резервів, розташованих поблизу споруджуваному насипу. Якщо виїмки чергують з насипами, як, наприклад, в дорожньому будівництві, то витягуваний з виїмок ґрунт звичайно використовують для відсипання насипів. Для кожної з перерахованих технологічних схем виробництва земляних робіт - виїмка-відвал, резерв-насип - характерні операції відділення грунту від масиву, його переміщення і відсипання. При зведенні насипів додається операція ущільнення грунту, а загальною для насипів і виїмок є планувальна операція, якої ці інженерні споруди доводяться до проектних розмірів. При плануванні зрізаються виступи і засипаються западини подібно розробці резервів і відсипанню насипів, але тільки в розмірах мікрорельєфу планованої поверхні. Ту ж структуру робочого процесу має розробка кар'єрів будівельних матеріалів (піску, гравію і т. п.), а також видобуток корисних копалин відкритим способом. Відмінність полягає в тому, що ні забій, ні відвал не є інженерними спорудами, а планування дна кар'єру (підошви забою) виконують лише для зручності пересування по ньому машин і підготовки стійкої підстави для їх роботи.

Відділення грунту від масиву - руйнування - є основною операцією процесу його розробки. Найбільше поширення в будівництві (близько 85% від загального об'єму земляних робіт) набув механічний спосіб руйнування ґрунтів, при якому ґрунт відділяється від масиву унаслідок контактної силової дії на нього землерийного робочого органу. Енергоємність цього способу складає, 0,05…0,6 кВт-ч/м3. Міцні ґрунти і гірські породи руйнують вибухом з використанням вибухових речовин, які закладають в спеціально пробурені свердловини. Цей спосіб найдорожчий, але дозволяє істотно скоротити терміни виробництва робіт. Близько 12% ґрунтів розробляють гідромеханічним способом шляхом відділення грунту від масиву струменем води під високим тиском або в поєднанні з механічним способом. Енергоємність процесу складає 0,15…2 кВт-ч/м3.

Робочі органи машин, призначені тільки для відділення грунту від масиву механічним способом, використовують лише у разі розробки вельми міцних ґрунтів на стадії їх попереднього розпушування. Переважно робочі органи також переміщають і відсипають ґрунт у відвали, насипи або транспортні засоби, виконуючи ці операції після відділення грунту від масиву і його захоплення або суміщаючи повністю або частково перераховані операції в часі. Ґрунт може переміщатися до місця відсипання тільки за рахунок рухів робочого органу або за рахунок переміщення всієї машини. В конструкціях землерийних машин безперервної дії завершальну стадію транспортування грунту виконує спеціальний транспортуючий орган, наприклад, типу стрічкового конвеєра. Відсипають ґрунт шляхом звільнення від нього робочого або транспортуючого органу в кінці транспортної операції. У разі гідромеханічної розробки ґрунт переноситься до місця намивання в потоці води, а при вибуховому способі він відкидається в сторони розширяються газами, що утворюються унаслідок вибуху. Грубе планування земляних поверхонь виконують тими ж землерийними робочими органами шляхом більш чіткої координації їх руху, а для точного планування застосовують спеціальні робочі органи або машини. Ущільнення грунту полягає в компактному укладанні його частинок, унаслідок чого зменшується об'єм грунту і збільшується його густина. Для цього застосовують спеціальні машини і устаткування. Частково ґрунт може ущільнюватися транспортними засобами, що також переміщаються по його поверхні.

В загальному комплексі робіт на будівельному об'єкті земляні роботи частіше за все виконують раніше інших. В цьому випадку їм передує підготовка будівельного майданчика - видалення каміння, зрізає чагарника, корчування пнів, планування і засипка ям і т. п. Велику частину цих робіт виконують землерийними машинами, обладнаними спеціальними робочими органами. У зв'язку з цим машини для підготовчих робіт розглядають разом з машинами для земляних робіт. До підготовчих робіт також відносять попереднє розробці спушення міцних і мерзлих ґрунтів.

Машини для земляних робіт класифікують за призначенням, режиму роботи, ступеню рухливості і іншим ознакам. Класифікація за призначенням умовна, оскільки приводи, ходові пристрої і інші структурні елементи сучасних машин дозволяють використовувати одну і ту ж їх базову частину для роботи з різними видами змінного робочого устаткування, нерідко різного за призначенням. Універсальність машин істотно розширює область їх вживання, сприяє їх кращому використовуванню за часом, особливо в умовах невеликих об'ємів однотипних робіт, виконуваних будівельною організацією, більш ефективної організації технічного обслуговування. Універсальні машини класифікують по основних видах виконуваних ними робіт, визначуваних по техніко-експлуатаційних, економічних і інших міркуваннях. Розрізняють землерийні машини для уривки і переміщення грунту в межах зони досяжності робочого устаткування (одно- і багатоковшові екскаватори), землерийно-транспортні машини для пошарової розробки грунту і переміщення його на великі відстані (бульдозери, скрепери, грейдери, грейдер-елеватори), машини для підготовчих робіт, машини і устаткування для ущільнення ґрунтів, для буріння свердловин, у тому числі в міцних і мерзлих ґрунтах при їх руйнуванні вибухом, устаткування для гідромеханічної розробки, а також машини і устаткування для розробки ґрунтів в особливих умовах. Машини для планувальних робіт відносяться до групи землерийно-транспортних машин і частково до екскаваторів (екскаватори-планувальники).

По режиму роботи дані машини бувають циклічної і безперервної дії. До останніх відносяться багатоковшові екскаватори, деякі види землерийно-транспортних машин, устаткування для гідромеханічної розробки ґрунтів, а також деякі види машин для роботи в особливих умовах. Решта машин працює в циклічному режимі, виконуючи операції робочого циклу послідовно або з їх частковим поєднанням в часі.

Мал. 3. Основні види робочих органів машин для земляних робіт: а - зуб розпушувача; б…ж - екскаваторні ковші прямої і зворотної лопат, драглайна, навантажувача, грейфера, планувальника; з - ківш скрепера; і - відвал бульдозера

По ступеню рухливості машини для земляних робіт відносяться переважно до пересувних самохідних або причіпних, за винятком деяких видів устаткування для ущільнення ґрунтів, буріння свердловин під вибух, устаткування гідромеханізації, а також деяких машин і устаткування для роботи в особливих умовах. Ці машини тривалий час працюють на одному будівельному майданчику, вони не мають власних ходових пристроїв і по цих ознаках відносяться до напівстаціонарних. По інших ознаках на машини для земляних робіт розповсюджуються положення, приведені раніше в загальній класифікації будівельних машин.

Землерийні робочі органи і їх взаємодія з ґрунтом

Робочі органи, за допомогою яких ґрунт відділяється від масиву (зуби ковшів, бульдозерних відвалів, розпушувачів - мал. 3, а), називають землерийними. В конструкціях землерийних і землерийно-транспортних машин, робочий процес яких складається з послідовно виконуваних операцій відділення грунту від масиву, його переміщення і відсипання, землерийні робочі органи суміщають з транспортуючими - ковшами (екскаватори, скрепери) або відвалами (бульдозери, грейдери), називаючи перші ковшовими, а другі - відвальними. Ковшовий робочий орган є місткістю з ріжучою кромкою, оснащеною зубами (мал. 3, б…г, е) або без них (мал. 3, д, же, з). Ковші з ріжучими кромками без зубів частіше застосовують для розробки малозв'язких пісків і супісків, а ковши із зубами - в основному для розробки суглинків, глин і міцних скельних ґрунтів.

Мал. 4. Параметри ріжучого клина

В режимі розробки грунту ківш переміщається так, що його ріжуча кромка або зуби упроваджуються в ґрунт, відділяючи його від масиву. Розпушений ґрунт поступає в ківш для подальшого переміщення в ньому до місця розвантаження. Відвальні робочі органи обладнають в нижній частині ножами (мал. 3, і), в цьому випадку їх називають ножовими. Для руйнування більш міцних ґрунтів на ножі додатково встановлюють зуби. Робочий процес відвального робочого органу аналогічний описаному вище. Ріжуча частина землерийного робочого органу має форму загостреного клина (мал. 4), обмеженого передньою 1 і задньої 3 гранями. Лінію перетину цих граней 2 називають ріжучою кромкою. Параметрами ріжучого клина служать: кут загострення v, кут різання 6 і задній кут 8. Кути 6 і 8 утворюються нахилом відповідно передній і задній граней до напряму руху ріжучого клина. Упроваджуючись в ґрунт, ріжучий клин відділяє його частину, звану стружкою. Форма і розміри останньої залежать від виду грунту, що розробляється (мал. 5, а…в). Після проходки ріжучого клина в ґрунті утворюється виїмка з трапецеїдальним поперечним перетином, що розширяється догори (мал. 5, г). Ґрунт відділяється від масиву по граничних поверхнях виїмки шляхом зсуву по частині периметра BCDE і відривом по поверхнях АВ і EF. Співвідношення розмірів поперечного перетину виїмки різні для різних ґрунтів: зв'язним ґрунтам, що сколюються, відповідають великі, а пластичним ґрунтам - менші розширення ґрунтового прорізу в її верхній частині.

Експериментально встановлено, що для одних і тих же ґрунтів при певній ширині ріжучої кромки b із збільшенням товщини зрізу з докладені до робочого органу зусилля ростуть повільніше за площу поперечного перетину виїмки. Така закономірність, що характеризується зниженням енергоємності даного процесу при збільшенні товщини зрізу, спостерігається до певної межі, званої критичною глибиною різання. При подальшому збільшенні товщини зрізу енергоємність процесу зростає. При цьому змінюється в основному глибина центральної частини прорізу (штрихова лінія на мал. 5, г), а розмір по верхній частині практично залишається незмінним. Отже, для зниження енергоємності розробки грунту товщину зрізу необхідно підтримувати на рівні її критичного значення. Цього добиваються як при експлуатації машин шляхом управління робочими рухами, так і при створенні машин підбором відповідної ширини ріжучої кромки землерийного робочого органу.

Мал. 5. Характерні форми ґрунтових стружок при розробці пластичних (а), сипких (б) і сколюються (в) ґрунтів і поперечний перетин прорізу в ґрунті після проходки ріжучого клина (г)

Мал. 6. Поперечні перетини ґрунтових прорізів при пошаровій розробці ґрунтів з тим, що розташовує ріжучих робочих органів (зубів) по гребенях (а) і западинах (би), утворених після попередньої проходки.

Звичайно ґрунти розробляють пошарово, знімаючи подальший шар після попередньої проходки робочого органу або серії таких проходок. Перед зняттям чергового шару, окрім першого, належна розробці поверхня грунту є чергуючими гребенями і западинами, утвореними в результаті попередніх проходок (мал. 6). При подальшій розробці грунту по гребенях (мал. 6, а) затрачується менше енергії, ніж при розробці по западинах (мал. 6, б) унаслідок того, що в другому випадку долаються в основному опори зсуву грунту, які по питомих значеннях (на одиницю площі поверхні, по якій відбувається відділення грунту) значно перевершують опори відриву грунту, характерні для першого випадку. Перша схема також переважна за сумарною площею поперечного перетину відокремленого від масиву грунту, а отже, вона забезпечує більш високу продуктивність. Результати цього аналізу широко використовуються в практиці розробки ґрунтів, а також при проектуванні робочих органів багатоковшових екскаваторів, де ріжучі елементи розташовуються в певному порядку, що забезпечує мінімум енергоємності землерийного процесу.

Для підвищення зносостійкості ріжучих робочих органів передню грань зміцнюють твердим сплавом у вигляді наплавлень зносостійкими електродами або напайок з металокерамічних твердосплавних пластин. Останні більш ефективні в порівнянні з наплавленнями. Вони володіють високою твердістю (дещо вищий твердості оксиду кремнію, що міститься в піщаних ґрунтах), але схильні крихкому руйнуванню при зустрічі з валунами.

По суті, питомим опором грунту копанню визначається трудність його розробки. По цьому критерію, а також по середній густині в щільному стані ґрунти ділять на групи, що використовуються для визначення норм вироблення при механізованих земляних роботах. Згідно цієї класифікації одні і ті ж ґрунти можуть бути віднесені до різних груп залежно від того, якими машинами вони розробляються. Це утрудняє порівняльну оцінку землерийних машин, що реалізовують різні способи розробки ґрунтів, у зв'язку з чим при проектуванні і випробуваннях вказаних машин користуються науково обґрунтованою класифікацією немерзлих землистих ґрунтів по методу проф. А.Н. Зеленіна, в основу якої встановлена опірність ґрунтів упровадженню в них плоского штампу - стрижня.

Як наголошувалося вище, землерийні робочі органи звичайно об'єднують з транспортуючими ковшовими або відвальними органами, конструкція, форма і розміри яких повинні задовольняти вимогам землерийного процесу. Основним параметром ковша є його місткість, яка повинна бути достатньою для накопичення в ньому грунту, відритого за один робочий цикл. Розраховувавши місткість ковша, враховують, що при розпушуванні ґрунт збільшується в об'ємі. Це збільшення характеризується коефіцієнтом розпушування, рівним відношенню об'ємів грунту певної маси після і до розпушування. Ту ж здатність накопичувати ґрунт перед відвальним робочим органом оцінюють завдовжки і заввишки останнього, а також розмірами бічних щок і открилків. При розрахунку цих розмірів окрім розпушування грунту враховують його здатність зберігати стійке положення в природному укосі, що характеризується або крутизною укосу, рівною відношенню його заставляння до висоти, або кутом природного укосу по відношенню до горизонту, який змінюється для сухих ґрунтів від 25° (для дрібних пісків) до 50° (для суглинків). З підвищенням вогкості цей коефіцієнт зменшується в більшій мірі для зв'язних глинистих, рослинних і торф'янистих ґрунтів, складаючи 14…15° в їх мокрому стані в меншій мірі для малозв'язних пісків, суглинків і гравію - 20…35°.

Велика частина ґрунтів, особливо вологих, володіє здатністю прилипати до робочих поверхонь землерийних і транспортуючих робочих органів. При розвантаженні частина грунту залишається на внутрішніх поверхнях робочого органу, унаслідок чого зменшується його місткість, підвищуються опори переміщенню грунту по робочому органу, знижується продуктивність землерийної машини. Цю властивість ґрунтів враховують при конструюванні і виготовленні землерийних робочих органів, надаючи їм відповідні форми, а також обладнавши їх спеціальними очисними пристроями. В процесі експлуатації землерийних машин їх робочі органи періодично очищають зовнішніми засобами, крім того, здійснюють газову і рідинну мастила робочих поверхонь землерийних органів, їх облицьовування полімерами і ін. Проте широкого промислового вживання останні три способи поки не одержали через їх дорожнечу і складну технологію виробництва.

Описана вище взаємодія землерийних робочих органів з ґрунтом справедлива головним чином для ґрунтів немерзлого стану. При замерзанні властивості ґрунтів змінюються перш за все через цементуючий вплив замерзлої води, що знаходиться в їх порах, підвищуються їх міцність, абразив, зв'язність. Розробка таких ґрунтів традиційними способами стає малоефективною.

Екскаватори

Екскаватором називають землерийну машину, що виконує операції по відділенню грунту від масиву і переміщенню його у відвал або транспортні засоби в межах зони досяжності робочого устаткування. Екскаватори обладнають одним або декількома ковшами. В першому випадку їх називають одноковшевими, в другому - багатоковшевими.

Одноківшові екскаватори. Робочий процес одноківшового екскаватора (екскавація) складається з послідовно виконуваних операцій: відділення грунту від масиву, заповнення ним ковша, транспортування грунту в ковші до місця розвантаження, розвантаження грунту з ковша, повернення останнього в забій на вихідну позицію. Сукупність цих операцій складає робочий цикл екскаватора, в результаті виконання якого видається одна порція продукції в об'ємі розвантаженого з ковша грунту. По цій ознаці відповідно до прийнятої раніше класифікації будівельних машин одноковшові екскаватори відносять до машин циклічної дії.

За призначенням одноковшові екскаватори ділять на будівельні - для виконання земляних робіт, вантаження і розвантаження сипких матеріалів; будівельно-кар'єрні - для виконання робіт за призначенням будівельних екскаваторів, а також для розробки кар'єрів будівельних матеріалів і видобутку корисних копалин відкритим способом; кар'єрні - для роботи в кар'єрах; вскришні - для зняття верхнього шару грунту або гірської породи перед кар'єрною розробкою; тунельні і шахтні - для роботи під землею при будівництві підземних споруд і розробці корисних копалин.

Одноковшові екскаватори можуть розробляти ґрунти вище 8 (мал. 6) і нижче за 9 рівень своєї стоянки відповідно робочим устаткуванням прямої і зворотної лопат. Для збільшення робочої зони, наприклад, при розробці котлованів великих розмірів, на вантажних і розвантажувальних, а також на вскришних роботах на екскаватори встановлюють робоче устаткування драглайна 12. Для уривки глибоких котлованів, ям, колодязів використовують робоче устаткування грейфера 10, для планувальних робіт - спеціальне планувальне устаткування // і т. п. На екскаватори може бути встановлене також кран, сваєбійне і інше змінне робоче устаткування - всього більше 40 видів. Одноковшовий екскаватор може мати тільки один вид робочого устаткування або комплектуватися його змінними видами, встановлюваними на машину залежно від виконуваних робіт. В першому випадку екскаватори називають спеціальними, а в другому - універсальними. До останніх відноситься більшість будівельних екскаваторів. В нашій країні більше 90% одноковшових екскаваторів, що випускаються, є універсальними. Що використовуються на масових розробках гірських порід відкритим способом спеціальні кар'єрні екскаватори мають тільки один вид робочого устаткування - пряму лопату.

Мал. 6. Базова частина одноковшового екскаватора і основні види робочого устаткування

Вскришні екскаватори мають однакову з кар'єрними машинами базу і відрізняються від останніх головним чином розмірами робочого устаткування - ковшом більшої місткості, збільшеним його вильотом - відстанню від осі обертання екскаватора до центру мас ковша. Це дозволяє більш повно використовувати енергетичні параметри силової установки, надійнісний ресурс машини і інші характеристики з метою отримання найбільшої продуктивності на розробці вскришних ґрунтів, менш міцних в порівнянні із залягаючою під ними гірською породою. Для роботи в кар'єрах широко застосовують могутні крокуючі драглайни, які використовують як на вантаженні висадженої породи, так і на вскришних роботах. Кар'єрні і вскришні екскаватори, а також крокуючі драглайні відносяться до гірських машин. Проте їх широко використовують на будівництві крупних земляних споруд, наприклад дамб, гребель, водосховищ, каналів і т. п.

Одноковшові екскаватори розрізняють по виконанню робочого устаткування, елементи якого можуть бути сполучені між собою і з базою машини шарнірами і канатами або мати жорсткі шарнірні зчленовування. Останні властиві гідравлічним екскаваторам. Жорстке зчленовування дозволяє більш повно використовувати масу екскаватора для реалізації великих зусиль на зубах ковша, завдяки чому представляється можливим розробляти ґрунти з підвищеними площами поперечних перетинів зрізів; що істотно підвищує продуктивність цих машин.

Гідравлічний привід одноковшових екскаваторів забезпечує робочому устаткуванню велику маневреність, дозволяє вибирати більш раціональні робочі рухи. Завдяки істотним перевагам перед канатними машинами гідравлічні екскаватори в загальному об'ємі виробництва одноковшових екскаваторів в нашій країні складають більше 80%. В окрему групу по даній ознаці виділяють екскаватори з телескопічним устаткуванням, вживаним в конструкціях екскаваторів-планувальників 11 (див. мал. 6), за допомогою яких виконують планувальні, зачистні і звичайні экскаваціонні роботи.

Одноковшові екскаватори виготовляють як самохідні машини, здатні пересуватися в межах будівельного майданчика, а також при зміні будівельного об'єкту. Для пересування по ґрунтах із зниженою несучою здатністю застосовують гусеничні ходові пристрої із збільшеною опорною поверхнею. При частій зміні будівельних об'єктів для додання екскаваторам більшої мобільності їх обладнали пневмоколісні ходовими пристроями, використовуючи для цього також автомобільну або тракторну базу, або спеціальні шасі автомобільного типу. Кар'єрні і вскришні екскаватори обладнали, як правило, гусеничними ходовими пристроями, а могутні драглайни - крокуючим ходом з розвиненою поверхнею опорної рами, що дозволяє понизити питомий тиск машини на ґрунт до допустимих значень.

По можливості обертання поворотної частини розрізняють повноповоротні (з необмеженими кутовими переміщеннями) і иеповноповоротні (з обмеженими кутовими переміщеннями) екскаватори. Неповноповоротними виготовляють лише екскаватори на базі пневмоколісних тракторів, всю решту одноковшових екскаваторів виготовляють повноповоротними.

По числу «встановлених двигунів розрізняють одно- і багатомоторні екскаватори. До одномоторних відносять також екскаватори з декількома двигунами, що працюють на один вал. Одноковшові будівельні екскаватори обладнають переважно одномоторною силовою установкою з механічним, гідромеханічним або гідравлічним приводом. Лише окремі моделі екскаваторів з канатною підвіскою робочого устаткування мають багатомоторний привід. Кар'єрні і вскришні екскаватори, а також крокуючі драглайни обладнали багатомоторним електроприводом постійного струму з живленням від мережі високої напруги.

Головним параметром одноковшового екскаватора є місткість ковша, яка спільно з тривалістю робочого циклу визначає продуктивність екскаватора. Кожній місткості будівельного універсального екскаватора відповідає певна розмірна група:

Розмірна група 1 2 3 4 5 6 7 8

Місткість ковша, м3 0,15 0,25 0,4 0,65 1,0 1,6 2,5 4,0

Для інших типів екскаваторів така відповідність не регламентована. Згідно Госту на гідравлічних екскаваторах встановлюють ковші більше або менше приведених вмістимостей.

Пряма лопата. Як вже наголошувалося раніше, робоче устаткування прямої лопати застосовують для екскавації ґрунтів вище за рівень стоянки екскаватора. Будівельні екскаватори з цим видом робочого устаткування мають ковши місткістю до 3,2 м - з канатною і до 1,6 м3 - з гідравлічною підвіскою, а кар'єрні і вскришні екскаватори - до 20 м3.

Робоче устаткування екскаватора включає стрілу, рукоять і ківш з суцільною ріжучою кромкою у верхній частині його лобової стінки або оснащеної зубами. У канатних екскаваторів (мал. 7, а) стріла 13 своєю нижньою частиною (п'ятою) сполучена циліндровим шарніром з поворотною платформою 1 в її передній частині, а верхньою головною частиною вона підвішена канатом 4 стрілопідйомної лебідки 2 до двоногої стійки 3. За допомогою цієї лебідки змінюють кут нахилу стріли до площини опорної поверхні екскаватора в інтервалі 45…60°. Рукоять 10 із закріпленим на ній ковшом 7 спирається на стрілу через пристрій 11, зване сідловим підшипником і дозволяючи їй змінювати свій виліт, а також повертатися щодо стріли в одній з нею площині. Рукояті бувають однобалочними (мал. 7, б) при двохбалочній стрілі і двух-балочными (мал. 7, в) при однобалочній стрілі. Ківш є прямокутною в плані місткістю, що злегка розширяється донизу, з днищем, що відкривається, 8 (см: мал. 7, а), яке фіксують в закритому положенні підпружиненим засувом, встановленим внизу лобової стінки ковша. Задньою частиною через проушини ківш кріплять до рукояті, а його нахил до останньої регулюють тягою 9, переставляючи їх з середнього положення в отвори на рукояті ближче до ковша при роботі в щільних ґрунтах або далі від ковша при роботі в легких ґрунтах і в низьких забоях, відповідно зменшуючи або збільшуючи кут різання. Через зрівняльний блок 18 (мал. 7, б'ючи), встановлений на задній стінці ковша (мал. 7, би) або на коромислі 24 (мал. 7, е), ківш підвішують до поліспасту 6 підйомної лебідки 12.

Робочі рухи канатних одноковшових екскаваторів в режимі екскавації грунту забезпечуються механізмами підйому ковша, натиску, повороту і відкриття днища ковша. Для вироблення вимог, що пред'являються до цих механізмів, розглянемо робочий процес екскаватора.

Мал. 7. Одноковшовий екскаватор з робітником устаткуванням прямої лопати: а - конструктивна схема; б, в-схеми напірних механізмів; г - кинематическая схема механізму відкриття днища ковша; д - схема екскаватора з маятниковою підвіскою рукояті до стріли

Для початку екскавації машину установлюють ближче до забою і опускають ківш до рівня стоянки (мал. 8, положення). Далі, при спільній роботі механізмів підйому і натиску ковша останній переміщають по траєкторії, має вид трохоїди, заповнюючи його ґрунтом, відокремлюваним від забою.

По заповненню ковша напірний рух замінюють на поворотне, трохи відсовуючи ківш від забою, щоб при подальшому його бічному переміщенні виключити зачіпання за забій. Далі поворотом платформи переміщають ківш з ґрунтом до місця розвантаження. Залежно від взаємного того, що розташовує екскаватора і відвала або транспортного засобу звичайно одночасно з поворотним рухом наводять ківш на мету, після чого відкриттям днища його розвантажують. Далі включають поворотний рух поворотного і напірного механізмів, а барабан підйомної лебідки розгальмовують, даючи ковшу можливість вільно опуститися до рівня стоянки екскаватора. Механізми перемикають на початок копання, коли ківш займе вихідну позицію для виконання наступного робочого циклу. Нове початкове положення ковша не співпадає з попереднім. Воно залежить від прийнятої схеми копання. Так, при роботі віяловою схемою кожне нове положення б (мал. 8, би) вибирають як суміжне з попереднім. Цього досягають зсувом поворотного руху по відношенню до попереднього на кут 6. Після відробітку першого шару забою по всьому фронту, визначуваному кутом р\ початкове положення ковша 11 (див. мал. 8, а) наближають до забою, переміщаючи далі ківш з цього положення по траєкторії 2, і т.д. Після відробітку забою в межах досяжності робочого устаткування (елемента забою) екскаватор переміщають на нову стоянку.

Товщина зрізу, а отже, опір грунту копанню і поточне значення силовою установкою, що розвивається потужності залежать від напірного переміщення, яке не залишається постійним при переході від однієї траєкторії до іншої, а також при відробітку різних по висоті забоїв. При постійній швидкості цього руху, реалізовуваній екскаваторним приводом, необхідних напірних переміщень добиваються періодичним виключенням цього руху протягом копання.

Висловлене дозволяє сформулювати наступні вимоги до механізмів екскаватора. Механізм підйому ковша повинен забезпечувати підйом ковша, утримувати його у фіксованому положенні, а також забезпечувати гравітаційне опускання ковша. З цією метою для одномоторних екскаваторів його виконують у вигляді нереверсивної, а для багатомоторних екскаваторів у виді - «реверсивних лебідок, обладнаних гальмами.

Механізм напору повинен забезпечувати переміщення рукояті в прямому (на забій) і поворотному (від забою) напрямах, а також її фіксація на певному вильоті при тимчасовому відключенні натиску в процесі копання грунту і для утримання рукояті від довільного опускання під час транспортної операції. Цей механізм виконують в двох варіантах: при однобалочній рукояті - у вигляді реверсивної лебідки, при двохбалочній рукояті - у вигляді реверсивної зубчато-рейкової передачі. По першому варіанту (див. мал. 7, б) барабан 14 напірної лебідки, що приводиться в пряме або поворотне обертання від силової установки за допомогою ланцюгової передачі 15, встановлюють співісний з шарнірами п'яти стріли. Напірні канати 19, огнувши блоки 16, встановлені на стрілі в її середній частині, закріплюються в хвостовій частині рукояті, а канат поворотного руху 20- в її передній частині, у ковша. Ця канатна система забезпечує переміщення рукояті у напрямі збільшення її вильоту і в поворотному при відповідних обертаннях барабана в прямому (за годинниковою стрілкою) і поворотному напрямах.

В більшості випадків на екскаваторах з канатним натиском вільну гілку 17 підйомного каната закріплюють на напірному барабані (див. мал. 7, би), забезпечуючи цим монотонну залежність напірного зусилля від підйомного - із збільшенням опору грунту копанню зростає також зусилля в підйомному поліспасті, а отже, і в гілці 17, внаслідок чого збільшується той, що крутить, момент на напірному барабані.

Мал. 8. Схема розробки грунту одноковшовим екскаватором з робочим устаткуванням прямої лопати

Цим досягається плавна робота підйомного і напірного механізмів, легкість управління робочими рухами ковша при копанні.

При урізуванні ковша в твердий грунт з поверхні землі, а також для висунення максимально підтягнутої до головних блоків 5 рукояті з навантаженим ковшом, коли зусилля в канаті 17 недостатньо для її висунення, додатково використовують той, що крутить момент, передаваний напірному барабану ланцюговою передачею 15. По другому варіанту (див. мал. 6, в) незалежний від підйомного напірний рух рукояті передається від силової установки через систему двох ланцюгових передач 15 і 22 і пара шестерні. 23 - зубчаті рейки 21, встановлені на нижніх полицях балок рукояті. В будь-кому варіанті напірні механізми обладнали гальмами для фіксації положення рукояті щодо стріли.

Механізм повороту повинен забезпечувати пряме (на розвантаження) і поворотне (в забій) обертання поворотної платформи. З метою зниження непродуктивних витрат часу на поворотні рухи, які в середньому складають більш 2/3 тривалості робочого циклу, використовують режими прискореного розгону і гальмування. В режимі копання платформа повинна бути зафіксована в заданому положенні з метою запобігання її мимовільного обертання від неврівноважених щодо осі обертання сил, для чого в кінематичну схему приводу вводять гальмо.

Для відкриття днища ковша застосовують канатні механізми. На мал. 7, г представлена схема такого механізму для екскаватора з канатним натиском. Засув днища 8 ковша сполучений тяговим ланцюгом 32 з важелем 31, шарнірно закріпленим на рукояті 10. До важеля прикріплений канат 30, який, огинаючи блоки 29, 27 і 25, навивається на компенсуючий (напірний) барабан 14. Блоки 25 і 27 встановлені на важелі 26, який за допомогою пневмотовкача 28 може повертатися проти годинникової стрілки щодо шарніра А, натягуючи канат 30 і відкриваючи цим рухом днище ковша. Закривають днище в кінці опускання ковша на вихідну позицію різким гальмуванням підйомної лебідки.

Ходовий механізм включається в роботу рідко - тільки для пересування екскаватора на нову стоянку після відробітку елемента забою і у разі перебазування Екскаватора на новий будівельний майданчик. При цьому звичайно обмежуються малими швидкостями пересування. Більш високі швидкості використовують на машинах, часто міняючих робочі місця. Ще рідше працює стрілопідємний механізм. Його виконують у вигляді реверсивної лебідки з черв'ячним або іншим приводом, до складу якого входить спеціальна обгінна муфта, що оберігає від різкого падіння стріли, що може привести до аварії машини.

У разі одномоторного приводу передача руху окремим робочим механізмам здійснюється за допомогою зубчатих і ланцюгових пар. Для включення окремих кінематичних ланцюгів використовують фрикційні і кулачкові муфти. Наприклад, дисковою фрикційною муфтою 22 (мал. 9, а) підключають до дизеля 21 головну передачу, що складається з ланцюгової передачі 23 і системи зубчатих коліс 24, 27 і 35. Для включення барабана 39 механізму підйому ковша і ланцюгової передачі 38 напірного механізму застосовують стрічкові фрикційні муфти 41 і 36 відповідно. Ківш фіксують на заданій висоті гальмом 40, а на заданому вильоті - гальмами 37. Опускається ківш гравітаційно після розгальмовування барабана 39. Для поворотного руху рукояті при відключеній муфті 36 спочатку кулачковою муфтою двосторонньої дії 31 включають ланцюгову передачу 30, а потім конусною фрикційною муфтою 28 - вал 29 підключають до головної передачі. Тими ж муфтами включають барабан 32 для підйому стріли. Утримують стрілу в заданому положенні гальмом 33, а опускають за рахунок гравітаційних сил після розгальмовування барабана 32 при включеній головній передачі. Частота обертання барабана 32 і, отже, швидкість опускання стріли обмежуються при цьому обгінною муфтою 42, з якою барабан 32 зв'язаний ланцюговою передачею 34.

Для обертання поворотної платформи щодо центральної цапфи 11 приводять в обертання шестерню 12, яка, оббігаючи навкруги жорстко сполученого з нижньою рамою зубчатого вінця 10, захоплює за собою поворотну платформу. Для цього включають кулачкову муфту 19 і відповідно напряму обертання платформи одну з конусних фрикційних муфт 25 або 26. Поворот платформи на розвантаження ковша звичайно виконують на зниженій швидкості, встановивши блок зубчатих коліс 15 і 16 у верхнє положення і ввівши в зачіпляюче зубчаті колеса 16 і 17, а поворот в забій - на підвищеній швидкості при зачіпляюче зубчатих коліс 15 і 14. Для роботи в гальмівному режимі використовують гальмо 18.

а - одномоторного четвертої розмірної групи; 6…д - багатомоторного дизель-електричної сьомої розмірної групи.

У разі прямолінійного руху включають обидві кулачкові муфти 3 і 6 на валу 5, забезпечуючи передачу руху зірочкам гусеничних ланцюгів 1 і 8 за допомогою ланцюгових передач 2 і 7. Для зміни напряму руху одну з кулачкових муфт 3 або 6 відключають, унаслідок чого рух передаватиметься тільки одній зірочці гусеничного візка при зупиненій другій зірочці. Ходовий механізм обладнаний гальмом 4 і керованим стопорним пристроєм 9, що використовується як гальмо стоянки для утримування машини на похилих стоянках і запобігання її відкатування під час екскаваціонних робіт.

При багатомоторному приводі, особливо у разі індивідуального приводу кожного механізму окремим двигуном, кінематичні схеми істотно спрощуються. Наприклад, на дизель-електричному екскаваторі сьомої розмірної групи тільки два механізми - підйому ковша і підйому стріли - приводяться від одного електродвигуна (мал. 9, б), вся решта механізмів має індивідуальний привід. Всі електродвигуни - реверсуючі, завдяки чому відпадає необхідність в механічному реверсі. Об'єднання механізмів підйому ковша і стріли в одну приводну групу обґрунтовано вельми рідкісним використовуванням стрілопідйомного механізму. Барабани цих механізмів посаджені на один вал і включаються роздільно фрикційними муфтами. Весь привід напірного механізму із зубчато-рейковими па рами (мал. 9, е) вмонтовується на стрілі, чим забезпечується його компактність.

Мал. 10. Конструктивні схеми гідравлічної прямої лопати з неповоротним (а) і поворотним (б) ковшом

Так само компактно, в зоні шестерні, що оббігає зубчатий вінець, встановлений на платформі механізм її повороту (мал. 9, г). Ходовий механізм (мал. 9, д) виконаний у вигляді двох чотириступінчастих редукторів, швидкохідні вали яких за допомогою кулачкових муфт підключені до електродвигуна, а тихохідні вали - до провідних зірочок гусеничного візка. При прямолінійному русі екскаватора до електродвигуна підключають обидва редуктори, а при поворотах один редуктор відключають і стопорять його гальмом.

Кожний з візків ходового пристрою може також приводитися в рух незалежно від іншої власним двигуном. В цьому випадку підвищується маневреність машини. Так, при включенні одного двигуна на пряме, а іншого на поворотний рух можна забезпечити розворот екскаватора на одному місці відносно власної осі. Недоліком роздільного приводу ходових візків є підвищена сумарна настановна потужність електродвигунів в порівнянні з приводом від одного двигуна. Цю потужність призначають з умови забезпечення поворотного руху тільки одним двигуном, тоді як другий двигун, що служить для приводу зупиненої гусениці, в цьому русі не бере участь. У разі ж приводу обох гусеничних візків одним електродвигуном при зупинці однієї гусениці вся його енергія прямує на привід другої, рухається гусениці.

Елементи робочого устаткування гідравлічної повноповоротної лопати (мал. 10, а) сполучені між собою і з пілоном 2 поворотної платформи 1 шарнірно. Положення стріли 3 щодо платформи і рукояті щодо стріли регулюється гідроциліндрами 10 і 9. З'єднання ковша з рукояттю виконують в двох варіантах: жорстким за допомогою шарніра і тяги 7 і шарнірним (мал. 10, б). По першому варіанту ківш розвантажують через донну частину після відкриття днища 6 гідроциліндром 8, а по другому варіанту - поворотом ковша тим же гідроциліндром. Поворотний ківш забезпечує більш ефективну розробку грунту в кінці операції копання, його застосовують також для планування забоїв.

Структура робочого циклу гідравлічних прямих лопат така ж, як і у канатних екскаваторів з цим видом робочого устаткування, але робочі рухи істотно простіше: підйомний рух ковша забезпечується поворотом рукояті, а напірне - опусканням стріли. По характеру робочих рухів гідравлічні екскаватори мають аналоги серед канатних машин третьої розмірної групи (див. мал. 7), у яких рукоять 33 сполучена із стрілою 13 шарнірно (маятникова підвіска).

Поворотний механізм гідравлічної лопати приводиться в рух від низько-або високомоментних гідромоторів. Перший варіант структурно схожий з приводом від індивідуального електродвигуна (див. мал. 9, г) з тією відмінністю, що замість електродвигуна в цій схемі застосований гідромотор. У разі приводу від високомоментного гідромотора його вал сполучають з провідною шестернею поворотного механізму безпосередньо або через зубчату передачу з невеликим передавальним числом. Недоліком високомоментних гідромоторів в порівнянні з низькомоментними є велика маса, а перевагою - велика надійність через менше число структурних елементів і менша інерційність через відсутність швидкохідних ланок, завдяки чому поліпшуються умови розгону і гальмування поворотної платформи.

Гусеничні ходові пристрої повноповоротних гідравлічних екскаваторів обладнають, як правило, роздільним приводом на кожний гусеничний візок. Оцінка експлуатаційних якостей такого приводу була дана вище. Привід пневмоколісних ходових пристроїв виконують як одномоторним від низькомоментного гідромотора через коробку передач на задній і передній мости, так і роздільним на кожне колесо від високомоментних гідромоторів. В останньому випадку ходові якості машини істотно підвищуються.

Гідроциліндри робочого устаткування і гідромотори поворотного і ходового механізмів харчуються робочою рідиною від насосів, встановлених на поворотній платформі і що приводяться в обертання двигуном внутрішнього згоряє, звичайно дизелем. Останній розташовують в задній частині платформи, скорочуючи за рахунок цього масу противаги. До складу гідравлічної системи входять також масляні баки, розподільна, регулююча і контрольна апаратура. Існують деякі особливості екскавації грунту прямими лопатами, впливаючі на продуктивність останніх. Поєднання операцій поворотного руху екскаватора на розвантаження з маневровими рухами підйомного і напірного механізмів у канатних екскаваторів, а також поворотом стріли і рукояті - у гідравлічних, поворотного руху з розвантаженням, а також поворотного поворотного руху з опусканням ковша скорочує тривалість циклу, збільшуючи тим самим продуктивність машини. Можливість цих поєднань залежить від кваліфікації машиніста. За інших рівних умов розвантаження у відвал завжди розвантаження в транспортний засіб. В першому випадку розмір смуги розвантаження не має строгих обмежень, у зв'язку з чим цю операцію можна починати ще до закінчення поворотного руху і, не зупиняючись, перемикати його на поворотне. В другому випадку розвантаження можна починати тільки після того, як ківш буде встановлений у відповідне положення, а починати поворотний поворотний рух - після закінчення розвантаження інакше неминучі втрати (розсип) ґрунту. Щоб не пошкодити ресорну підвіску і кузов транспортного засобу, ґрунт розвантажують з невеликої висоти.

При розвантаженні скелястих ґрунтів спочатку ківш плавно опускають на дно кузова, а потім, відкривши днище, також плавно піднімають його. При відробітку низьких забоїв, коли до кінця копання ґрунт заповнює менше половини місткості ковша, доцільно доповнити його повторенням операції копання, а при більшому заповненні необхідно доводити цикл до кінця з неповним ковшом.

Для оцінки експлуатаційних можливостей прямих лопат разом з такими параметрами, як продуктивність, максимальне зусилля на зубах ковша і ін., користуються робочими розмірами (мал. 7, а).

Радіуси відлічують від осі обертання екскаватора, а висоти - від рівня його стоянки. Максимальною висотою копання оцінюють, зокрема, граничну висоту забою, який здатний розробляти екскаватор, а максимальною висотою розвантаження - граничну висоту транспортних засобів, які можуть працювати в комплекті з екскаватором.

Зворотна лопата. Одноковшові екскаватори з робочим устаткуванням зворотної лопати призначені для уривки грунту нижче за рівень стоянки (розробка котлованів, траншей). Зворотні лопати, що випускаються вітчизняною промисловістю, обмежені внерядовой місткістю ковша 1,4 м3 для канатних машин і 2 м3 - для гідравлічних. Створюються могутні кар'єрні гідравлічні зворотні лопати.

Мал. 11. Канатний одноковшовий екскаватор з робочим устаткуванням зворотної лопати

Робоче устаткування зворотної лопати включає стрілу, рукоять і ківш. Рукоять 5 (мал. 11) канатного екскаватора сполучена із стрілою 9 шарніром на кінці останньої, а ківш 6 укріплений на кінці рукояті. Окрім основних зубів, встановлених на козирку ковша, останній обладнали також підрізними бічними зубами. При розробці траншей ці зуби підрізають бічні стінки, попереджаючи заклинювання ковша.

Застосовують також ковші з напівкруглими днищами і ріжучою кромкою замість зубів. Робочі рухи ковша забезпечуються зміною довжин тягового 7 і підйомного 4 поліспастів. Останній утворений канатом і блоками, встановленими на кінці рукояті і головної частини додаткової стійки 3, що служить для відхилення підйомних канатів від стріли. Нижнім кінцем додаткова стійка шарнірно закріплена на поворотній платформі в її передній частині, а верхнім підвішена канатами до двоногої стійки. Підйомний канат навивають на барабан / підйомної лебідки, а тяговий, через блок 8 на стрілі, - на барабан 2 тягової лебідки.

Після уривки піонерной виїмки, в яку можна опустити ківш, останній встановлюють у вихідну позицію на дно виїмки (положення І). Підтягаючи далі тяговий канат і опускаючи підйомний, переміщають ківш догори, розробляючи ґрунт зубами або ріжучими кромками і заповнюючи їм ківш (положення ІІ). Після досягнення ковшем верхнього обріза виїмки при загальмованому тяговому барабані підйомним поліспастом піднімають робоче устаткування над виїмкою (положення ІІІ). В такому його положенні повертають платформу на розвантаження. Залежно від вимог, що пред'являють до розмірів смуги розвантаження, в кінці поворотного руху або дещо раніше відпуском тягового каната і вибором підйомного викидають рукоять з ковшем вперед (положення IV) і, перекидаючи ківш, розвантажують його. Поворотний поворот суміщають з опусканням робочого устаткування шляхом відпуску підйомного поліспаста (положення І). Складанням поворотних рухів стріли і рукояті ріжучі кромки ковша або його зуби можуть зайняти будь-яке положення у межах контуру ABCD.

При переобладнанні універсального екскаватора з прямої лопати на зворотну окрім установки відповідного робочого устаткування переобладнають також напірний механізм в тяговий. Стрілопідйомну лебідку використовують для установки в необхідне положення додаткової стійки.

У гідравлічних екскаваторів другої - четвертої розмірних груп зворотна лопата є основним видом робочого устаткування. Її стрілу частіше за все виконують з двох секцій - корінний 2 (мал. 12, а) і подовжуючої 4 - сполучених між собою шарніром і тягою 3. Останню можна встановлювати на подовжуючій секції в отвори / // і /// , змінюючи тим самим довжину стріли (відстань між шарнірами кріплення корінної секції до поворотної платформи і рукояті 6 до подовжуючої секції). З'єднання рукояті із стрілою і ковша 10 з рукояттю - шарнірне. Для управління поворотом стріли, рукояті і ковша використовують гідравлічні циліндри /, 5 і 7. При цьому останній управляє поворотом ковша через коромисло 8 і тягу 9. Така схема забезпечує ковшу великі кутові переміщення. На деяких екскаваторах застосовують моноблокову стрілу Г-образної форми. Залежно від міцності ґрунтів і видів виконуваних робіт її, що розробляються зворотною лопатою, обладнали ковшами 11…15 (мал. 12, б) різної місткості і форми. Зокрема, ковші для дренажних робіт 14 і для риття вузьких траншей 15 виконують в розмірах і формі профілю виїмки, що розробляється.

Робочий процес гідравлічної зворотної лопати аналогічний описаному вище для канатних екскаваторів. Відмінність полягає в способі передачі руху ковшу, яке у гідравлічних екскаваторів забезпечується гідравлічними циліндрами 1, 5 і 7. Характер руху ковша залежить від конкретних умов виконання робіт і значною мірою визначається досвідом машиніста. Частіше за весь рух стріли використовують для установки ковша в початкове положення, а також для його перекладу в транспортне положення. Для копання використовують в основному рух рукояті, а в кінці цієї операції працюють ковшом, забезпечуючи його заповнення. Рухи рукояті, а потім і ковша використовують також для розвантаження останнього. Завдяки можливості відносного руху ковша він придбаває високу маневреність, що забезпечує повне заповнення його грунтом, утримання в ньому грунту під час транспортної операції без втрат, направлене розвантаження, у тому числі в транспортні засоби, що утруднене у разі канатних зворотних лопат.

Найважливішою перевагою гідравлічних зворотних лопат перед канатними є їх здатність реалізувати на зубах або ріжучій кромці ковша великі зусилля завдяки жорсткому зчленовуванню елементів робочого устаткування між собою і з базовою частиною машини, працюючої відносно стійкості як єдине ціле. У канатних екскаваторів ці зусилля обмежені силою тяжкості тільки робочого устаткування, що притискує його до забою. Спроба збільшити зусилля на зубах ковша приводить до підйому робочого устаткування - його повороту щодо шарніра у п'яти стріли в напрямі від забою. Це дозволяє за інших рівних умов навішувати на гідравлічні екскаватори ковші більшої місткості - в середньому на 60% в порівнянні з ковшами канатних екскаваторів. Слідством цього є підвищена в такому ж відношенні продуктивність зворотних лопат. Разом з тим це приводить до важчих умов навантаження ходових пристроїв, зокрема, гусеничних, уніфікованих на деяких моделях з канатними машинами. Останнім часом в конструкціях ряду моделей повноповоротних гідравлічних екскаваторів застосовують гусеничні ходові пристрої тракторного типу з ланками з прокату, що володіють високою надійністю і великим ресурсом в порівнянні з екскаваторними гусеничними пристроями. Цим досягається уніфікація з сільськогосподарськими і дорожніми машинами, скорочуються витрати на технічне обслуговування.

Драглайн

Екскаватори з робочим устаткуванням драглайна застосовують для розробки ґрунтів переважно нижче за рівень стоянки.

Завдяки подовженій в порівнянні з іншими видами робочого устаткування стрілі драглайни працюють на більшому радіусі копання, тому їх використовують переважно на уривку великих котлованів і траншей, а також для вантаження і розвантаження сипких будівельних матеріалів. Як наголошувалося раніше, могутні крокуючі драглайни використовують для видобутку корисних копалин відкритим способом і на вскришних роботах. Вітчизняною промисловістю випускаються будівельні драглайни з ковшами 0,3…3 м3, а крокуючі драглайни - від 5,45 до 100 м3.

Робоче устаткування драглайна включає стрілу 5 (мал. 13, а) звичайно гратчастої (будівельні екскаватори), рідше вантовой (крокуючі драглайни) конструкції, по довжині значно перевищуючу стрілу лопати, ківш 7, тяговий 8 і підйомний 4 канати. Останній огинає головний блок 6 і навивається на барабан 2 підйомної лебідки. Тяговий канат прямує роликовим пристроєм / і навивається на барабан 3 тягової лебідки. Ківш підвішують до тягового каната ланцюгами 9 (мал. 13, б), а до підйомного каната - ланцюгами 13. Щоб підйомні ланцюги не перешкоджали вільному переміщенню ковша при розвантаженні, між ними ставлять розпірку 12. На ковші встановлюють також розвантажувальний канат 10, закріплюючи його одним кінцем на арці ковша, а другим - у вузлі з'єднання тягових ланцюгів з тяговим канатом. З підйомними ланцюгами розвантажувальний канат з'єднується через блок 11, встановлений у вузлі з'єднання підйомних ланцюгів з підйомним канатом.

Для початку розробки ківш опускають на грунт (положення / /' /» / «' - мал. 13, а), потім тяговим канатом при ослабленому підйомному канаті його переміщають по забою (положення // ). Після заповнення ковша, не ослабляючи тягового каната, підйомним канатом його підтягають до стріли (положення /// ), включають поворотний механізм з одночасним переміщенням ковша до голови стріли підйомним і тяговим канатами. В кінці цієї операції тяговий канат відпускають, ківш перекидається і розвантажується (положення IV). Далі поворотним поворотним рухом з одночасним відпуском підйомного і тягового канатів опускають ківш в початкове положення. За рахунок відцентрових сил, що виникають при повороті, підйомний канат відхиляється від вертикалі на кут до 20…30 °, завдяки чому досягається більший радіус занедбаності ковша в початкове положення (положення /' /'»).

Гранична форма подовжнього перетину піонерної виїмки ABCD показана на мал. 4.15, а, а з урахуванням відцентрових сил при поворотному русі - A'B'C'D. Кути нахилу до горизонту західного і вихідного укосів складають в середньому 45 і 30 ° відповідно, а довжина горизонтальної ділянки - не менше за довжину ковша. Після відробітку піонерної виїмки екскаватор переміщають від забою на нову стоянку, з якою може бути розроблена виїмка з граничним контуром A'B «C " D» і т.д., до отримання необхідної глибини Н. Максимальне значення цього розміру, а також радіусу копання обмежується завдовжки стріли і кутом вихідного укосу. Управління екскаватором зводиться до включення і відключення підйомної і тягової лебідок, а також механізму повороту. При ослабленому тяговому канаті ківш вільно висить на підйомному канаті, а при натягненні тягового каната він відновлює робоче положення за допомогою розвантажувального каната. Драглайни працюють переважно з розвантаженням у відвал. Розвантаження грунту в транспортні засоби можливе, але вона різко знижує продуктивність екскаватора через необхідність виконувати цю операцію після повної зупинки поворотного руху і знижених швидкостей останнього щоб уникнути розгойдування ковша.

На відміну від прямої і зворотної лопат, у яких ківш має жорстке з'єднання з рукояттю, у драглайнів ковші підвішують до стріли на канатах. При цьому в режимі копання ківш переміщається під дією тягового зусилля (мал. 14), долаючи опір грунту копанню і частково силу тяжкості ковша з ґрунтом (при роботі на похилих ділянках).

Мал. 14. Схема силової взаємодії ковша драглайна з ґрунтом

На початку копання порожнім ковшем момент сили його тяжкості виявляється недостатнім, щоб протистояти моменту тягового зусилля відносно ріжучих кромок зубів, унаслідок чого відбувається незначне перекидання ковша вперед з урізуванням його в ґрунт. У міру заповнення ковша ґрунтом зростає сила і плече цієї сили а відносно ріжучих кромок, унаслідок чого рух ковша щодо денної поверхні землі стабілізується. Подальше збільшення сили і переміщення центру мас ковша у напрямі до задньої стінки приводять до виглубленню ковша. Стійка робота ковша драглайна можлива при певних співвідношеннях розмірів а і h. У разі недостатньої висоти установки петель тягового каната шлях урізування ковша в ґрунт збільшується, а при великій висоті може відбутися його перекидання. Процес можна стабілізувати зміною розміру h. З цією метою петлі тягових канатів роблять переставними, встановлюючи їх у верхнє положення при роботі в легких ґрунтах і в нижнє - при роботі в щільних ґрунтах, відповідно збільшуючи або зменшуючи товщину зрізу. При цьому, природно, змінюватиметься і шлях наповнення ковша, який при роботі в легких ґрунтах кратний двом - чотирьом довжинам ковша і збільшується з підвищенням міцності грунту. Для роботи в легких ґрунтах застосовують ковші збільшеної (в 1,3… 1,5 рази) місткості без зубів або з двома зубами з напівкруглим днищем і ріжучою кромкою.

При переобладнанні будівельного універсального екскаватора з прямої лопати на драглайн замінюють його робоче устаткування, встановлюють направляюче роликовий пристрій у п'яти стріли і подібно переобладнанню в зворотну лопату - напірний механізм переобладнали в тяговий.

Мал. 15. Конструктивна схема грейферного робочого устаткування

Могутні крокуючі драглайни відрізняються від описаних великими розмірами, індивідуальним приводом робочих механізмів і ходовим пристроєм. На цих екскаваторах встановлюють електродвигуни постійного струму, живлені від мережі змінного струму високої напруги через мережний двигун змінного струму і генератори постійного струму. Крокуючі ходові пристрої забезпечують переміщення екскаватора тільки у напрямі задньої частини поворотної платформи. Тому маневрові рухи здійснюються з поворотом платформи в потрібному напрямі.

Грейфер. Грейферне робоче устаткування використовують для уривки глибоких котлованів, очищення водоймищ і каналів, а також для вантаження і розвантаження сипких матеріалів. В грейферному робочому устаткуванні з канатним управлінням (мал. 15, а) використовуються стріла драглайна 3 і щелепний ківш 6, підвішений на підтримуючому 4 і замикаючому 5 канатах. Для запобігання закручування канатів при поворотних рухах і розгойдування ковша використовують відтяжний канат 7, огинаючи блоки 2 на стрілі і що закінчується підвішеним до нього вантажем 1, вільно тим, що переміщається в направляючих стріли. Ківш складається з двох щелеп 12, шарнірно сполучених з нижньою головкою 11. Тягою 9 щелепи підвішені до верхньої головки 8. Підтримуючий поліспаст 4 закріплюється на верхній головці, а замикаючий утворює поліспаст 10, обойми якого закріплені відповідно на верхній і нижній головках. При роботі грейферний ківш може бути підвішений на підтримуючому або на замикаючому канатах. В першому випадку нижня головка разом з нижньою обоймою поліспаста опускається і щелепи розкриваються. В другому випадку через виникаючі в поліспасті зусилля його головки зближуються і щелепи закриваються.

Для роботи грейфером його ківш опускають на підтримуючому канаті на ґрунт в розкритому положенні, ослабляють підтримуючий канат, а замикаючим канатом піднімають ківш. В першій стадії цього руху щелепи ковша зближуються, захоплюючи ґрунт, а потім завантажений ґрунтом ківш підіймається з виїмки. В такому його положенні екскаватор повертають на розвантаження, а в кінці цього руху перемикають підвіску канатів, утримуючи ківш підтримуючим канатом, внаслідок чого щелепи розкриваються і ґрунт висипається з ковша. Поворотним рухом і опусканням ковша на підтримуючому канаті його встановлюють у вихідну позицію наступного робочого циклу.

В гідравлічному варіанті (мал. 15, б) робоче устаткування грейфера підвішують до рукояті зворотної лопати 13 на двох циліндрових шарнірах 14 і 15, дозволяючи ковшу зайняти прямовисне положення. Для гасіння інерційних сил при розгойдуванні ковша під час повороту платформи на пальцях цих шарнірів встановлюють фрикційні диски. Щодо вертикальної осі ківш грейфера може бути поворотним або неповоротним. Поворотний ківш володіє кращою маневреністю при копанні і на навантажувально-розвантажувальних роботах. Поворотна частина складається з порожнистої штанги 16, зв'язаної шарнірами 18 з щелепами ковша. Усередині штанги поміщається гідроциліндр 17, сполучений з нею корпусом, а штоком - з траверсом 8. Остання шарнірно сполучена з щелепами ковша тягою 9. Висунутий шток гідроциліндра відповідає закритому положенню ковша /, а що всуває - відкритому положенню // . Для роботи на великих глибинах штангу подовжують вставками.

Зусилля, які можуть бути реалізовані на щелепах канатного грейфера при захопленні ними грунту, визначаються різницею сили тяжкості ковша і зусилля натягнення замикаючого каната, тобто на розробку грунту реалізується тільки частина сили тяжкості ковша. Крім того, задовольняюча вимогам виробництва грейферних робіт завантаження ковша забезпечується при низьких швидкостях зближення щелеп при діючих на ґрунт навантаженнях, близьких по значенню до статичних. Із збільшенням цих швидкостей ківш відривається від грунту, не встигнувши заповнитися. Ці чинники істотно знижують продуктивність машини, яка складає приблизно половину продуктивності драглайна змонтованого на тій же екскаваторній базі. У гідравлічних грейферів для упровадження щелеп ковша в ґрунт використовують напірне зусилля гідроциліндра, що дозволяє розробляти більш міцні ґрунти без обмеження швидкості зближення щелеп. В порівнянні з канатними грейферами це дозволяє скоротити робочий цикл більш ніж на 30%, що за інших рівних умов в такому ж відношенні знижує матеріаломісткість цього робочого устаткування.

Навантажувачі. Гідравлічні екскаватори ефективно застосовують для вантаження роздроблених і сипких матеріалів. При завантаженні ковша останній переміщають по підошві укосу, що обсипається, працюючи на малих вильотах. За умов стійкості машини і якнайкращого використовування енергетичних параметрів її силової установки на цих роботах можна застосовувати ковші підвищеної місткості (в 1,5…2 рази більше місткості ковшів прямих лопат). Відповідно до характеру роботи змінюється і схема робочого устаткування (мал. 16, а), званого навантажувачем. Для цього звичайно використовують корінну секцію стріли зворотної лопати 1, пов'язану з підвіскою 9 ковша 7 за допомогою рукояті 3 і тяга 4. Рукоять, тяга, стріла і підвіска утворюють шарнірний чотирьохзвінник (паралелограм). Ківш сполучений з підвіскою шарнірно і може переміщатися щодо неї у вертикальній площині. Робочі рухи забезпечуються чотирма гідроциліндрами: стріловидним 10, шарнірно сполученим корпусом з поворотною платформою; двома гідроциліндрами 2 для повороту рукояті і гідроциліндром повороту ковша 5; корпусом, шарнірно сполученим з рукояттю, а штоком через важіль 8 і тягу 6- з ковшем.

Мал. 16. Робоче устаткування гідравлічного навантажувача (а) і його змінні ковші (б)

При фіксованому положенні штока гідроциліндра ковша щодо його корпусу поворотом рукояті за допомогою гідроциліндра 2 забезпечують переміщення ковша паралельно опорній поверхні екскаватора, використовуючи цей рух для заповнення ковша по підошві забою. В кінці

гідроциліндром 5 ківш повертають зубами вгору, а за допомогою гідроциліндрів 10 і 2 робоче устаткування піднімають і виносять вперед. Ці рухи починають до повороту машини на розвантаження і закінчують безпосередньо перед розвантаженням. Розвантажують ківш його поворотом зубами вниз за допомогою гідроциліндра 5. Повертають ківш в початкове положення тими ж рухами в зворотному порядку. Для виконання вантажних робіт машину обладнали широким ковшем 11 без зубів. Навантажувачі застосовують також для розробки ґрунтів. В цьому випадку їх обладнали ковшами із зубами 12 і 13.

Екскаватор-планувальник. Вживання описаних вище видів робочого устаткування, виготовленого на базі схем шарнірно-важелів гідравлічних екскаваторів, для планувальних робіт вимагає чіткої координації декількох простих рухів, з яких може бути складене прямолінійний рух ріжучої кромки ковша. Виключенням є робоче устаткування навантажувача, але з обмеженим переміщенням у напрямі планованої поверхні. Більш просто ця задача розв'язується в конструкції екскаватора-планувальника з телескопічним робочим устаткуванням, яке складається з рами стріли 2 (мал. 17, а), двох секцій стріли - нерухомої 4 і рухомої 6 і ковша 8. Раму укріплюють шарнірно на поворотній платформі, а для її переміщення у вертикальній площині використовують гідроциліндр підйому стріли /. Нерухому секцію стріли вмонтовують на рамі, забезпечуючи нею можливість повороту щодо подовжньої осі останньої. З цією метою її опирають на бандаж 3 і через вісь 9 - на задню стінку рами 11. На мал. 17, а (вигляд А) показаний один з варіантів конструктивного рішення поворотного механізму, виконаного з гідроциліндра 12 і зубчатої пари, що складається із зубчатого сектора 13 і шестерні 10. Остання жорстко закріплена на осі 9, а зубчатий сектор підвішений у верхній частині задньої стінки рами. Привідний гідроциліндр закріплений шарнірно корпусом на кронштейні задньої стінки, а штоком - на зубчатому секторі. Поворотні щодо подовжньої осі рухи нерухомої секції стріли забезпечуються відповідними поступальними рухами штока гідроциліндра. Висувна секція стріли 6 може переміщатися щодо нерухомої секції 4 за допомогою гідроциліндра 5, розміщеного усередині стріли. Ківш закріплений шарнірно на кінці рухомої секції. Він може повертатися щодо цього шарніра за допомогою гідроциліндра 7. Положення ковша в просторі замітання щодо стріли, висунення рухомої секції стріли і повороту нерухомої секції щодо власної подовжньої осі, а також повороту платформи. Для планування і зачистки поверхонь нижче за рівень стоянки екскаватора використовують подовжні переміщення стріли і при необхідності - часткові поворотні рухи ковша. Для зачистки і планування горизонтальних і злегка похилих поверхонь до цих рухів додаються підйом і опускання стріли, а для зачистки бічних стінок траншей і котлованів - ще і поворот стріли щодо її подовжньої осі. Частково останні рухи використовують також для зачистки і планування горизонтальних і похилих поверхонь. Після заповнення ковша ґрунтом щоб уникнути його розсипу при подальшій транспортній операції ківш підвертають до стріли, стрілу піднімають із забою, повертають платформу у бік розвантаження і поворотом ковша зубами або ріжучою кромкою вниз розвантажують його. Повертають ківш в початкове положення тими ж рухами в зворотному порядку.

Для планувальних і зачисних робіт застосовують широкі ковші (мал. 17, б), звичайно без зубів. Екскаватори-планувальники використовують також для виконання звичайних робіт. Основними робочими розмірами екскаватора-планувальника є максимальний радіус копання (див. мал. 17, а).

Мал. 17. Екскаватор-Планувальник

Неповноповоротні гідравлічні екскаватори на базі пневмоколісних тракторів. Для виконання невеликих розосереджених об'ємів земляних робіт в умовах частого перебазування з об'єкту на об'єкт застосовують гідравлічні екскаватори, побудовані як навісне устаткування на пневмоколісні трактори, що серійно випускаються. Окрім основних робочих органів, якими є ковши прямих і зворотних лопат, ці екскаватори комплектують змінним робочим устаткуванням грейфера, ковшового і вилки навантажувачів і крана. Як додаткове устаткування на екскаватор навішують відвал бульдозера і інші види устаткування.

Робоче устаткування // (мал. 18) підвішують до поворотної колонки 10, змонтованої на порожнистій цапфі в задній частині несучої рами 9 трактора. Поворотні рухи колонки (до 90° в кожну сторону) забезпечуються двома поперемінно працюючими гідроциліндрами 5 через ланцюг 4 і зірочку 3. Відвал бульдозера 7, керований гідроциліндром 8, змонтований на дишлі 6, шарнірно сполученому з несучою рамою 9. Для забезпечення екскаватору стійкості в робочому режимі в задній частині рами 9 по обидві її сторони встановлюють виносні опори 2. Перед екскавацією грунту гідроциліндрами / екскаватор встановлюють на виносні опори, а після закінчення робіт їх піднімають.

Техніко-експлуатаційні показники канатних і гідравлічних екскаваторів порівнюють по основних видах робочого устаткування, якими є пряма лопата для канатних і зворотна лопата - для гідравлічних машин. Місткість ковшів гідравлічних зворотних лопат в порівнянні з канатними прямими лопатами тієї ж розмірної групи в середньому на 60% більше при приблизно однаковій тривалості їх робочих циклів, масі і енергоємності.

Мал. 18. Неполноповоротний гідравлічний одноківшовий екскаватор на базі пневмоколісного трактора

Фактична енергоємність порівнюваних машин з основними ковшами складає 0,35…0,47 кВт-ч/м3 для канатних і 0,47… 0,55 кВт-ч/м3 для гідравлічних екскаваторів, а матеріаломісткість відповідно 130…230 кг/(м3/ч) і 102… 164 кг/(м3/ч). Приведені дані характеризують перспективність гідравлічних екскаваторів на відміну від канатних.

Серед канатних екскаваторів найбільшу продуктивність забезпечують прямі лопати, в порівнянні з якими продуктивність зворотних лопат складає 75…100%, а драглайнів - 70… 90%. В порівнянні з гідравлічними зворотними лопатами прямі лопати в 1,2…1,4 рази, а погрузчики - в 1,7…2 рази. Продуктивність гідравлічних грейферів складає в середньому 50…70% продуктивності зворотних лопат на тій же екскаваторній базі.

Експлуатаційні розрахунки. Необхідна потужність силової установки знаходиться з умов подолання розрахункових опорів на розрахункових швидкостях робочих рухів. Розрахункові параметри (опори і швидкості) визначають як середньо вагові з діапазону виробничих умов, в яких може працювати екскаватор. Значення цих величин вироблені практикою проектування і експлуатації одноківшових екскаваторів.

Потужність (кВт) найенергоємнішої операції копання

Використана література

1. Алексеева Т.В. Гидропривод и гидроавтоматика землеройно-транспортных машин. М., «Машиностроение», 1966.

2. Анохин А.И., Петере Е.Р., Эвентов И.М. и Xархута Н.Я. Дорожные машины (основы теории и расчета). М., Дориздат, 1950.

3. Артемьев К.А. Основы теории копания грунта скреперами. М., Машгиз, 1963.

4. Артемьев' К.А. Определение сопротивления грунта отвалу бульдозера. Сборник научных работ СибАДИ. Вып. 1. 1969.

5. Бабков В.Ф. и Гербурт-Гейбович А.В. Основы грунтоведения и механики грунтов. М., Автотрансиздат, 1956.

6. Бабков В.Ф., Бируля А.К. и Сиденко В.М. Проходимость колесных машин по грунту. М., Транспорт, 1969.

7. Баловнев В.И. Новые методы расчета сопротивления резанию грунтов. М., Росвузиздат, 1963.

8. Башта Т.М., Зайченко И.З. и др. Объемные гидравлические приводы. М., «Машиностроение», 1969.

9. Бируля А.К. К теории качения пневматического колеса по деформируемой поверхности. Труды Харьковского автомобильно-дорожного ин-та. Вып. 21. Изд. Харьковского государственного университета, 1958.

10. Бромберг А.А. и др. Машины для земляных работ. Атлас конструкций. Изд. 3, М., «Машиностроение», 1968.

11. Ветров Ю.А. Расчеты сил резания и копания грунтов. Изд. Киевского университета. 1965.

12. Волков Д.П. Динамика и прочность одноковшовых экскаваторов. М., «Машиностроение», 1965.